KR100973993B1 - 무선게임운영도구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파센서를 이용한 무선게임운영도구에 관한 것이다.
본 발명에서는 제1 초음파송신기 및 제2 초음파송신기와, 적외선발신기 및 이들을 구동을 제어하기 위한 게임진행제어부를 포함하는 게임진행도구부와; 제1 내지 제4 초음파수신기, 적외선수신기를 부착하고 있는 디스플레이기기와 상기 디스플레이기기와 통신수단으로 접속되어 있는 게임운영제어부를 포함하는 게임운영부를 포함하고,
상기 게임운영부에서 상기 게임진행도구부의 적외선송신기로부터 송신되는 데이터를 수신하여 타임 동기를 수행하고, 상기 제1 및 제2 초음파송신기로부터 발사되는 임펄스파장을 상기 게임운영부의 제1 내지 제4 초음파수신기에서 수신하여 각각 수신시간을 기초로 위치와 거리 및 각도를 계산하고, 오차를 수정하여 게임을 운영하는 것을 특징으로 하는 게임운영도구가 제시된다.
Figure R1020080013964
초음파, 초음파센서, 게임, 슈팅게임, 무선게임운영도구

Description

무선게임운영도구{Radio Game operation tool}
본 발명은 사격 등의 슈팅게임의 운영도구에 관한 것이다. 더 상세하게는 게임진행도구부에 장착된 초음파송신기로부터 발사되는 임펄스파장을 게임구동부의 복수개의 초음파수신기 중 제일 먼저 수신한 수신기를 기준으로 다른 각 수신기의 수신 시간을 정밀 분해하여 각각 발신한 초음파 도착시간을 삼각 측량 공식에 의해서 위치와 거리를 계산하여 게임을 구동하도록 하는 게임운영도구에 관한 것이다.
특허공개번호 10-2006-0093619(공개일 2006년8월25일)에서 프리젠테이션용 마우스나 게임용 총의 좌표 인식 및 구현방법이 개시되어 있다. 상기 공개된 발명에 의하면, 게임용 총에 초음파센서송신부, 3개의 자이로센서를 구비하고, 송신부에는 3개의 초음파센서수신부를 일정한 거리로 이격하여 설치하고 상기 초음파센서송신부로부터 초음파가 송신되면 초음파센서송신부로부터 각각의 초음파센서수신부까지의 거리를 계산하고, 게임용 총의 3개의 자이로센서를 이용하여 3차원 각도를 측정하여 게임용 총구가 가리키는 스크린이나 TV등의 좌표를 계산하여 위치를 알 수 있도록 하는 발명이다.
그러나 상기 종래 기술은 게임용 총에 3차원 각도를 측정하기 위한 3개의 자 이로 센서를 구비하여 그 센서각도를 측정하고, 3개의 초음파센서수신부의 거리를 계산하여 이를 기초로 게임용 총구의 좌표를 계산하는 방법이므로 그 오차가 발생할 경우 그 오차를 보정하지 못하면 게임용 총구의 정확한 좌표를 지시할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 게임진행도구부에 2개의 초음파송신기와 하나의 적외선송신기를 구비하고, 게임구동부에 4개의 초음파수신부 및 하나의 적외선수신부를 구비하고, 삼각측량공식에 의해 위치와 거리를 찾음과 동시에 오차 조정을 정밀하게 하여 게임진행도구부가 가리키는 위치를 정확하게 표시할 수 있는 게임운영도구를 제시하는 것에 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명은 제1 초음파송신기 및 제2 초음파송신기와, 적외선발신기 및 이들을 구동을 제어하기 위한 게임진행제어부를 포함하는 게임진행도구부와; 제1 내지 제4 초음파수신기, 적외선수신기를 부착하고 있는 디스플레이기기와 상기 디스플레이기기와 통신수단으로 접속되어 있는 게임운영제어부를 포함하는 게임운영부를 포함하고,
상기 게임운영부에서 상기 게임진행도구부의 적외선송신기로부터 송신되는 데이터를 수신하여 타임 동기를 수행하고, 상기 제1 및 제2 초음파송신기로부터 발사되는 임펄스파장을 상기 게임운영부의 제1 내지 제4 초음파수신기에서 수신하여 각각 수신시간을 기초로 위치와 거리 및 각도를 계산하고, 오차를 수정하여 게임을 운영하는 것을 특징으로 하는 게임운영도구가 제시된다.
본 발명에 의하면, 적외선센서 및 초음파센서만을 이용하여 사격게임 등의 게임도구를 개발할 수 있고, 또한, 위와 거리의 계산과 그 오차 조정을 통하여 정확도가 높은 게임운영도구를 개발할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명을 하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 대한 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명은 예를 들면, 게임을 진행하기 위한 게임용 총 또는 칼과 같은 게임 사용자가 이용하는 게임진행도구부(100)와 상기 게임진행도구부(100)로부터의 신호를 수신하여 게임운영을 수행하기 위한 게임운영부(200) 및 상기 게임운영부(200)로부터 신호를 수신하여 게임 표시 및 디스플레이를 하기 위한 디스플레이기기(300)으로 구성되어 있다.
상기 게임진행도구부(100)는 상기 게임용 총이나 칼 등과 같은 기구에 설치되어 각각 초음파를 송신하기 위한 제1 초음파송신기(110) 및 제2 초음파송신기(120)와, 상기 게임용 총이나 칼 등과 같은 기구에 설치되어 타임 동기용 데이터를 송신하기 위한 적외선송신기(130)와, 스피커(150)와, 게임 진행시 진동을 발생시키기 위한 솔레노이드(160) 및 이들 구성을 제어하기 위한 게임진행제어부(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 게임운영부(200)는 상기 디스플레이기기(300)의 표시부 외곽 모서리부에 각각 설치되어 상기 게임진행도구부(100)의 제1 초음파송신기(110) 및 제2 초음파송신기(120)로부터 송신되는 초음파를 수신하기 위한 제1 내지 제4 초음파수신기(210)(220)(230)(240)와, 상기 게임진행도구부(100)의 상기 적외선송 신기(130)로부터 송신되는 타임 동기용 데이터를 수신하기 위한 적외선수신기(250)와, 상기 디스플레이기기(300)의 USB포트를 통하여 게임콘텐츠를 송신하고 상기 초음파수신기 및 적외선수신기로부터의 수신신호를 받아 처리하여 상기 디스플레이기기(300)로 송신함으로써 게임운영을 제어하기 위한 게임운영제어부(260)를 포함하여 이루어진다. 여기에서 상기 디스플레이기기(300)는 PC, 대형 TV 등이 될 수 있다.
상술한 바와 같이 예를 들어, 게임진행도구가 게임용 총인 경우 그 총열에는 2개의 초음파송신기(110)(120)가 있으며 상기 2개의 초음파송신기(110)(120)는 방아쇠 격발시 상기 제1 초음파송신기(110)는 40KHz의 주파수음을 0.15초 동안 송출하며, 약 0.04초 후 상기 제2 초음파송신기(120)가 40KHz의 주파수 음을 0.15초 동안 송출한다. 또한, 상기 솔레노이드(160)의 격발 진동과 스피커(150)로 격발음이 출력되도록 한다. 초음파는 1초에 약 320m의 속도로 대기중에 전달이 되며 40KHz의 초음파는 사람이 들을 수 있는 가청 주파수대 (20-2KHz)를 벗어남으로 들을 수 없다. 1초에 약 320m의 속도로 진행하는 초음파를 1초에 100kHz 샘플링하면 0.32mm정도의 정밀도로 분해가 가능하며 1MHz로 샘플링하면 0.032mm정도로 초음파의 진행 속도를 알 수가 있다.
상기 디스플레이기기(300)의 화면의 4개 위치에 상기 제1 내지 제4 초음파수신기(210)(220)(230)(240)를 탑재하여 상기 게임용 총의 총구에 장착한 상기 제1 및 제2 초음파송신기(110)(120)로부터의 초음파를 수신하여 각각 초음파의 수신시간을 측정하며, 상기 총구의 방향과 거리를 계산하여 실제 디스플레이기기(300)로 향한 총구의 각도를 계산한다. 계산 방식은 총구의 전방에서 송출된 음을 3개의 점에서 각각 수신한 도착시간과 상기 총구의 후방에서 송출된 음을 3개의 점에서 각각 수신한 도착시간을 삼각 측량법에 의해 계산하여 상기 총구가 디스플레이기기(300)의 어느 점을 겨냥하고 있는지를 계산한 다음, 상기 제4 초음파수신기(240)에서 거리를 계산하여 마우스 포인터의 절대 위치의 값으로 변경하여 화면에 겨냥된 표적과 일치되는 지를 분석하여 타켓에 적중 여부를 확인한다.
상기 초음판센서를 이용한 삼각측량을 위해서는 평판, 다각, 지형, 지적 측량 등의 기준점이 되는 삼각점의 위치를 삼각법으로 정밀하게 결정하는 측량방법으로써, 삼각망(triangulation net)을 구성한 다음 삼각형의 내각과 한 변의 장을 정밀하게 측정하여 다른 모든 변의 거리를 정현 법칙에 따라 구하게 된다. 그 주요 공식은 아래 식과 같다.
Figure 112008011527963-pat00001
이때 실측하는 변 AB를 기선(baseline)이라 하고, 계산결과와 일치하는가의 여부를 검사하는 기선을 검기선(check line)이라 한다. 삼각측량의 특징은 실측작업으로 미리 기선을 측정해두고 각도 측정만을 행하는 측량이며, 이는 지역이 넓고 장애물이 많은 경우에 효과적이고, 완전한 조건식이 있으며, 가장 정밀도가 높은 측량이다. 그러나 대규모 측량에 적합하고, 조건식이 많아 조정방법과 계산이 복잡한 점 등이다.
삼각망의 배열에는 단열삼각망, 사변쇄망, 유심 다각망이 있다. 그리고 오차조정을 위해서는 측각오차의 조정, 단열삼각망의 조정이 있다. 이중에서 측각오차조정을 위해서는 삼각측량의 각 삼각점에 있어서 모든 각의 측정은 다음 3조건이 만족되어야 한다.
첫째, 하나의 측점주위에 있는 모든 각의 합은 360°가 될 것(측점방정식: station equation) 둘째, 다각형의 내각의 합은 (n-2) x 180°가 되어야 한다. (다각방정식: polygon equation) 셋째, 삼각망 중에서 임의일변의 길이는 계산의 순서에 관계없이 동일할 것(변방정식: side equation) 이상으로 위의 3가지 조건 중 측점 방정식 및 다각방정식을 총칭해서 각 방정식(angle equation)이라 한다.
각을 신중히 관측하여도 항상 오차는 포함되므로 위의 3조건이 만족되지 않아 모든 관측각을 조정해야 하는데 이 조정에 필요한 계산을 조정계산 또는 평균계산이라 한다. 만일 관측치의 오차가 제한치 이상일 경우는 재측정해야 한다.
그 다음 단열삼각망 조정을 위해서 각 조건에 대한 조정(제1조정), 방향각에 대한 조정(제2조정), 변 조건에 의한 조정(제3조정) 순으로 조정한다.
이하 각 조정에 대해서 설명하기로 한다. 각 삼각형의 관측각에 대한 오차는 다음 식과 같다.
Figure 112008011527963-pat00002
각 각의 관측을 동일경중률로 하면 오차보정은 다음 식과 같다.
Figure 112008011527963-pat00003
이하 방위각에 대한 조정에 관해 설명하기로 한다. Ta, Tb 는 기지이며 AB기선의 방위각인 Ta 로부터 EF기선의 방위각을 점차 계산한 방위각 T'a 가 EF기선의 기지방위각 T'b와 같아야 하는 조건이다. 계산 방위각 T'b는 방위각 계산수를 n으로 할 때 다음 식이 성립한다.
Figure 112008011527963-pat00004
또한, 방위각 오차는 다음 식으로 된다.
Figure 112008011527963-pat00005
또한, 보정은 동일경중률로 할 때 각에만 등분배하고, 앞의 각 조건을 무너트리지 않도록 다음 식과 같이 각에 각 보정량의 1/2을 보정한다.
Figure 112008011527963-pat00006
α이하, 변조건에 의한 조정에 대해서 설명하기로 한다. 변조건조정은 각조건 및 방위각조건 조정을 행한 각으로 조정하며, 기선 b1
Figure 112008011527963-pat00007
으로부터 계산한 b'2 가 기지 b2와 같아야 하는 조건으로서 다음 식으로 성립한다.
Figure 112008011527963-pat00008
위 식은 이상적인 경우이나 제 1, 제 2 보정 값은 기하학적인 조건에만 만족하므로 변조정량을 αi, βi라 하면 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008011527963-pat00009
여기서, A'i, B'i 는 각 및 방위각조건 조정값이다. 수학식 7에 수학식 8을 대입하여 정리하고 수학식 7에 A'i, B'i 을 대입하여 생긴 오차량을 ws를 고려하면 다음의 오차방정식을 얻는다.
Figure 112008011527963-pat00010
이하, 좌표계산 및 조정을 설명하기로 한다. 측정각의 조정이 끝난 다음 변 장을 계산하고, 방향각을 구하여 좌표를 구한다. 변장계산은 기선과 보정각으로 미지변장을 정현정리에 의하여 점차 구해 나간다. 각 A, B, C에 대응하는 변장을 a, b, c라 하고 b가 기선장이면 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Figure 112008011527963-pat00011
여기서 부(-)대수의 불편을 없애기 위하여 여대수(colog)를 사용하고 결과값에 10을 빼버리면 되므로 다음 식과 같이 될 수 있다.
Figure 112008011527963-pat00012
여기에서, 조정 순서는 ①다각조건보정 ②측점조건보정 ③측점조건보정에 따른 타 각보정 ④변조건보정 ⑤변장계산 ⑥방위각계산 ⑦위경거계산 ⑧좌표계산 ⑨면적계산의 순서로 조정을 한다.
도 2는 본 발명의 게임운영방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
게임진행도구부의 게임진행제어부에서 게임진행 스위치의 온 신호를 수신하는 단계와,
상기 게임진행도구부의 적외선송신기에서 타임 동기용 적외선을 송신하는 단계와,
게임진행도구부의 제1 초음파송신기에서 제1 초음파를 송신하는 단계와,
게임진행도구부의 제2 초음파송신기에서 제2 초음파를 송신하는 단계와,
게임운영부의 적외선수신기에서 상기 적외선송신기로부터 송신된 타임 동기용 적외선을 수신하는 단계와,
게임운영부의 제1 내지 제3 초음파수신기에서 상기 게임진행도구부의 제1 초음파송신기 및 제2 초음파송신기로부터 송신된 초음파신호를 수신하는 단계와,
게임운영부에서 상기 제1 내지 제3 초음파수신기 중 상기 초음파신호를 가장 먼저 수신한 초음파수신기를 기준으로 상기 각각 수신한 시간을 카운터하는 단계와,
게임운영부에서 상기 수신된 카운터에 대하여 벡터 데이터를 계산하여 RS232 데이터 통신을 하는 단계와,
게임제어부에서 상기 RS232 데이터를 수신하는 단계와,
초음파 송신기에서 송신된 신호를 게임제어부에서 수신된 데이터를 기초로 벡터값을 계산하여 컴퓨터 화면상의 마우스 위치와 일치시키기 위하여 컴퓨터프로그램 OS 내부의 마우스포인터 위치의 X, Y, Z 축의 이벤트값으로 변환하여 시리얼포트로 전송하고, 송신기의 스위치를 누르면 화면의 마우스 클릭 이벤트의 값으로 시리얼포트로 전송하여 마우스의 위치 이동이나 클릭이 가능하도록 수행하는 단계를 포함하여 이루어진다.
상기 본 발명의 게임운영방법은 예를 들면, 상기 디스플레이기기의 화면의 4개 위치에 상기 제1 내지 제4 초음파수신기를 탑재하여 상기 게임용 총의 총구에 장착한 상기 제1 및 제2 초음파송신기로부터의 초음파를 수신하여 각각 초음파의 수신시간을 측정하며, 상기 총구의 방향과 거리를 계산하여 실제 디스플레이기기로 향한 총구의 각도를 계산한다. 계산 방식은 총구의 전방에서 송출된 제1 초음파송신기의 임펄스파를 3개의 점에서 각각 수신한 도착시간과, 상기 총구의 후방에서 송출된 제2 초음파송신기의 임펄스파를 3개의 점에서 각각 수신한 도착시간을 삼각 측량법에 의해 계산하여 상기 총구가 디스플레이기기의 어느 점을 겨냥하고 있는지를 계산한 다음, 상기 제4 초음파수신기에서 거리를 계산하여 마우스 포인터의 절대 위치의 값으로 변경하여 화면에 겨냥된 표적과 일치되는 지를 분석하여 타켓에 적중 여부를 확인한다.
본 발명은 PC, TV 등을 이용하는 비디오게임 산업의 게임운영도구를 개발하는데에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 게임운영도구의 실시예에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 게임운영방법의 실시예에 대한 흐름도이다.

Claims (8)

  1. 제1 초음파송신기 및 제2 초음파송신기와, 적외선발신기 및 이들을 구동을 제어하기 위한 게임진행제어부를 포함하는 게임진행도구부와;
    제1 내지 제4 초음파수신기, 적외선수신기를 부착하고 있는 디스플레이기기와 상기 디스플레이기기와 통신수단으로 접속되어 있는 게임운영제어부를 포함하는 게임운영부를 포함하고,
    상기 게임진행도구부에 탑재된 상기 제1 초음파송신기에서 송신되는 초음파를 기준으로 0.04초의 시차를 두어 제2 초음파송신기에서 초음파를 송신하고, 상기 송신되는 초음파들을 수신하는 상기 게임운영제어부에서 상기 수신된 데이터를 첫번째 수신한 벡터값과 두번째 수신한 벡터값으로 선분화하고 계산하여 상기 게임진행도구부의 경사 각도를 파악하고, 연속적인 데이터의 수신으로 경사와 회전 등 상기 게임진행도구부의 움직임으로 컴퓨터 화면의 첫번째 마우스 위치와 두번째 마우스 위치를 두어 Z축의 생성이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 무선게임운영도구.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 게임운영부의 제1 내지 제4 초음파수신기는 상기 디스플레이기기의 네 모서리부위에 설치되는 것을 특징으로 하는 무선게임운영도구.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 게임운영부에서의 위치와 거리의 계산은 상기 제1 내지 제4 초음파수신기 중 송신된 임펄스 파장을 제일 먼저 수신한 수신기를 기준으로 다른 각 수신기의 수신 시간을 정밀 분해하여 각각 도착시간을 삼각 측량 방법에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 무선게임운영도구.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 게임운영부에서의 삼각 측량 방법은 오차수정수단을 포함하고,
    상기 오차수정수단은 측각오차의 조정수단 및 단열삼각망의 조정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선게임운영도구.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 게임진행도구부에는 진동과 소리를 출력하기 위한 솔레노이드와 스피커를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선게임운영도구.
  8. 삭제
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